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STEPHANIE ARNETT/MIT TR; GETTY

Cambio Climático

Ladrillo a ladrillo se construye una economía cero emisiones

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Las baterías térmicas podrían contribuir a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero al ofrecer nuevas vías para utilizar la energía solar y eólica

  • por Casey Crownhart | traducido por
  • 27 Abril, 2023

Un puñado de start-ups cree que los ladrillos que retienen el calor podrían ser clave para orientar la energía renovable a algunos de los mayores contaminadores del mundo.

Las industrias fabricantes de productos, desde el acero hasta los alimentos infantiles, necesitan mucho calor. En la actualidad, la mayor parte se genera quemando combustibles fósiles, como el gas natural. La industria pesada genera casi una cuarta parte de las emisiones mundiales, y las fuentes de energía alternativas que producen menos gases de efecto invernadero (como la eólica y la solar) no pueden generar de manera consistente el calor que necesitan las fábricas para crear sus productos.

Aquí entrarían las baterías térmicas. Cada vez más empresas trabajan para implantar sistemas capaces de capturar el calor generado por la electricidad limpia para almacenarlo en pilas de ladrillos más tarde. Muchos de estos sistemas utilizan diseños sencillos y materiales disponibles en el mercado, que podrían construirse rápidamente en cualquier lugar donde se necesiten. A principios de 2023, se puso en marcha una demostración en California, además de otras pruebas que le siguen de cerca. Aunque están en sus primeras fases, los sistemas de almacenamiento de calor pueden ayudar a las industrias a abandonar los combustibles fósiles.

La tostadora del futuro

Una de las claves del éxito potencial de las baterías térmicas es su sencillez. "Si se quiere llegar a una gran escala, todo el mundo debería estar de acuerdo en que es aburrido y fiable", afirma John O'Donnell, CEO de Rondo Energy, una start-up californiana de almacenamiento de calor.

En marzo, la empresa desplegó su primer piloto comercial en una planta de etanol en California. Es básicamente una pila de ladrillos cuidadosamente diseñada

En el sistema de Rondo Energy, la electricidad pasa por un elemento calefactor, donde se transforma en calor. O'Donnell afirma que es el mismo mecanismo que utiliza una tostadora, solo que más grande y caliente. El calor es irradiado por la pila de ladrillos y los calienta a temperaturas que pueden superar los 1.500 °C.

El contenedor de acero aislado, que alberga los ladrillos, puede mantenerlos calientes durante horas o incluso días. Cuando llega el momento de utilizar el calor atrapado, unos ventiladores conducen el aire a través de los ladrillos. Ese aire puede alcanzar temperaturas de hasta 1.000 °C al pasar por los huecos.

El uso final que se haga del calor dependerá del proceso comercial, cuenta O'Donnell, aunque muchas instalaciones lo utilizarán para convertir el agua en vapor a alta presión.

En el proyecto piloto de Rondo en una planta de biocombustibles en California, el vapor es utilizado durante el proceso de fermentación, que produce etanol. Otros procesos industriales utilizan vapor para controlar la temperatura de los reactores o en diferentes etapas, como la purificación

Las baterías térmicas también podrían diseñarse para procesos de alta temperatura que hoy no utilizan vapor. Como, por ejemplo, la producción de cemento y acero, que requieren temperaturas superiores a 1.000 °C.

Muchos procesos industriales funcionan las 24 horas del día, por lo que también necesitarán calefacción constante. Controlando con cuidado la transferencia de calor, el sistema de Rondo puede cargarse rápidamente, y aprovechar los breves periodos donde la electricidad es más barata, ya que dispone de fuentes renovables. Las baterías térmicas de la start-up necesitarán unas cuatro horas de carga para poder suministrar calor constante, día y noche.

Una “monstruosa” cantidad de calor

Uno de los mayores retos para las tecnologías de almacenamiento de calor será construir suficientes sistemas como para satisfacer la gran demanda energética de la industria pesada. El sector utiliza una "monstruosa"cantidad de calor, según Rebecca Dell, directora de Industria en ClimateWorks. De toda la energía utilizada en la industria cada año, unas tres cuartas partes son en forma de calor, mientras en la actualidad solo una cuarta parte procede de electricidad. El calor industrial representa alrededor del 20% de la demanda total de energía mundial.

Los combustibles fósiles han sido la fuente más obvia y económica de alimentar estos enormes procesos industriales, pero los precios de la energía eólica y solar han caído más de un 90% en las últimas décadas. Dell asegura que esto ha abierto la puerta a que la electricidad desempeñe un papel más importante en la industria.

"Estamos en un momento magnífico donde podemos dejar de quemar cosas para calentarnos, y que sea más barato", afirma O'Donnell.

Hay otras opciones potenciales para utilizar energías renovables más económicas en la industria. Algunas instalaciones podrían ajustarse para utilizar electricidad directamente, en lugar de calor elevado. Las empresas están trabajando en procesos electroquímicos para fabricar cemento y acero, por ejemplo. Aunque sustituir toda la infraestructura de las plantas ya existentes podría llevar décadas. Otra vía potencial es utilizar la electricidad para generar hidrógeno, que luego puede quemarse para producir electricidad, aunque en muchos casos sigue siendo prohibitivo e ineficaz.

Cualquier esfuerzo por satisfacer la alta demanda de calor de la industria exigirá un aumento espectacular de la generación de electricidad. Según Dell, una cementera normal consume unos 250 megavatios de energía, principalmente en forma de calor. Eso equivale a la energía necesaria para unos 250.000 habitantes, por lo que electrificar una gran instalación industrial supondrá añadir una demanda de electricidad equivalente a la de una pequeña ciudad.

Ladrillo a ladrillo

Sin embargo, Rondo no está sola en su intento de implantar baterías térmicas en la industria. Antora Energy (California) también está construyendo sistemas de almacenamiento de calor con carbono. "Es muy sencillo: se trata de bloques sólidos", explica Justin Briggs, cofundador y director de Operaciones.

En lugar de utilizar un elemento calefactor independiente (como la tostadora de Rondo) para convertir la electricidad en calor, el sistema de Antora utilizará bloques de carbono como calefactor resistente para generar y almacenar el calor a la vez. Esto podría reducir costes y complejidad, explica Briggs. Pero la elección también implica que el sistema debe estar cuidadosamente cerrado, ya que el grafito y otras formas de carbono a altas temperaturas pueden degradarse en el aire.

Antora no se limita a suministrar calor a la industria, sino que planea ofrecer también la opción de suministrar electricidad. El enfoque de la empresa apuesta por la termofotovoltaica, es decir, dispositivos similares a los paneles solares que captan la energía del sol. La diferencia es que los equipos de Antora captan la energía térmica que irradian los bloques calientes, y la convierten en electricidad.

Aunque los sistemas de almacenamiento de calor pueden superar el 90% de eficiencia, convertir el calor en electricidad es más difícil. Los dispositivos de Antora tendrán una eficiencia inferior al 50% cuando se utilicen para producir electricidad, lo que equivale a la de muchas turbinas de gas que ya se utilizan hoy en día.

Antora está construyendo su primer piloto en Fresno (California). El sistema tendrá el tamaño aproximado de un contenedor de transporte, y debería estar operativo a finales de 2023.

Aunque se utilicen materiales disponibles en el mercado, el almacenamiento de calor tardará un tiempo en demostrar su utilidad a los fabricantes y reducir significativamente las emisiones industriales. Sin embargo, esta tecnología podría ser una de las claves que den paso a un nuevo sector industrial respetuoso con el clima. "Tenemos todas las herramientas necesarias para pasar a una economía de cero emisiones", asegura O'Donnell. Ahora, es el momento de construirlas.

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